Derivação de algumas transformadas de Hilbert

Apresenta-se aqui a derivação das transformadas de Hilbert listadas na Tabela 1 do verbete principal. Essas derivações ilustram técnicas diversas para efetuar a transformação.

Constante editar

A partir da definição editar

Neste caso, parte-se da expressão (2) de definição da transformada e calcula-se diretamente:


 


 


 


 


 


Com troca de variáveis editar

Neste caso, parte-se da expressão (4) e a tarefa é trivial:


 


Exponencial complexa editar

Expoente ix editar

Neste caso, parte-se da expressão (4) e calcula-se diretamente:


 


 


 


 


Expoente ix editar

Neste caso, pode-se usar a propriedade da dilatação do eixo, com a = -1:


 


Funções trigonométricas editar

Seno editar

Neste caso, parte-se das transformadas das exponenciais complexas, aplicando-se a propriedade da linearidade:


 


 


Cosseno editar

Pode-se derivar da mesma forma:


 


 


Pode-se também derivar aplicando-se a transformação inversa:


 


Também pode-se aplicar a propriedade da comutatividade com a diferenciação:


 


cas editar

A derivação é imediata, a partir da definição e da paridade das funções envolvidas:


 

Funções impulsivas editar

Impulso unitário editar

Neste caso, deve-se partir da expressão (1) de definição da transformada e calcular diretamente:


 


Uma das propriedades fundamentais da função impulso unitário é que


 


Assim,


 


Função recíproca editar

Pela propriedade da transformada inversa, o resultado acima nos dá diretamente


 


A propriedade do deslocamento do eixo nos dá


 

Impulsos de ordem superior editar

As transformadas das funções impulsivas de ordem superior podem ser calculadas a partir da propriedade da comutatividade com a diferenciação:


 


Funções racionais editar

Denominador quadrático x2 + 1 editar

Nesse caso, pode-se aplicar a técnica das frações parciais:


 


Podemos escrever


 


Usando a relação com a transformada de Fourier:


 


 


De forma similar, teremos


 


 


Assim,


 


Esse resultado também nos permite escrever


 


Denominador quadrático (x2 + 1)2 editar

Usando também aqui a relação com a transformada de Fourier, seja


 


A transformada de Fourier será


 


O que nos permite escrever


 

Sinais importantes em aplicações práticas editar

Função retangular editar

Neste caso, parte-se da expressão de definição (5):


 


Como a função é nula para |x - u| > ½, e 1 para |x - u| < ½, podemos escrever:


 


Para x > ½, o intervalo de integração não possui nenhuma singularidade, e pode-se integrar diretamente:


 


Para 0 < x < ½, o intervalo de integração possui uma singularidade em u = 0. É preciso dividir a integral em duas de forma a contornar esse ponto.


 


 


Para x < 0, aplica-se a propriedade da dilatação do eixo:


 


Assim, a expressão de û(x) é a mesma para todos os valores de x.

Função seno cardinal editar

Neste caso, calcula-se primeiro a transformada Fourier de f(x) e obtém-se o espectro de frequências de û(t):


 


De acordo com a tabela de transformadas de Fourier,


 


Aplica-se então a transformada inversa de Fourier para encontrar û(t)


 


 


 


 


Da propriedade da dilatação do eixo, segue-se imediatamente que a transformada da variante não normalizada da funçâo sinc(x) é